DE112010001894B4 - Method for measuring a surface microstructure, method for data analysis of surface microstructure measurement and surface microstructure measuring system - Google Patents
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Abstract
Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren zum Messen einer Mikrostruktur (149b) einer Probenoberfläche (141, 146), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:Bestrahlen der Probenoberfläche (141, 146) mit Röntgenstrahlung in einem streifenden Einfallswinkel und Messen einer Streuintensität;Annehmen eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur (149b) auf einer Oberfläche (141, 146), in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146) ausgebildet sind und Einheitsstrukturen periodisch in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten angeordnet sind, Berechnen einer Streuintensität von Röntgenstrahlung, die von der Mikrostruktur (149b) gestreut wird, aufgrund der Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der einen oder mehreren Schichten in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten, und Durchführen eines Fits der Streuintensität der von dem Probenmodell berechneten Röntgenstrahlung an die gemessene Streuintensität; undBestimmen, als ein Resultat des Fits, eines optimalen Werts eines Parameters zum Spezifizieren einer Gestalt der Einheitsstrukturen,bei dem unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Positionen relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Positionen lediglich von einer relativen Positionsrelation zwischen den Einheitsstrukturen abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlen berechnet wird, bei demdie Einheitsstrukturen durch einen gleichförmigen substantiellen Bereich und einen gleichförmigen Leerbereich in den Schichten ausgebildet sind, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem gleichförmigen substantiellen Bereich bewirkt wird, berechnet wird.A surface microstructure measuring method for measuring a microstructure (149b) of a sample surface (141, 146), the method comprising the steps of:irradiating the sample surface (141,146) with X-rays at a grazing incidence angle and measuring a scattering intensity;assuming a sample model having a microstructure (149b) on a surface (141, 146) in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface (141, 146) and unit structures are periodically arranged in a direction parallel to the surface (141, 146) within the layers , calculating a scattering intensity of X-rays scattered by the microstructure (149b) based on the refractive indices of the respective layers of the one or more layers in a direction parallel to the surface (141, 146) within the layers, and performing a fit of the scattering intensity of the X-ray radiation calculated from the sample model to the measured scattering intensity; anddetermining, as a result of the fitting, an optimal value of a parameter for specifying a shape of the unit structures, in which, assuming that the unit structures have fluctuations in positions relative to an exact periodic position and the fluctuations in positions are only from a relative positional relation between depend on the unit structures, the scattering intensity of the X-rays is calculated in which the unit structures are formed by a uniform substantial area and a uniform void area in the layers, and the scattering intensity of the X-rays caused by the uniform substantial area is calculated.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur, ein Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächemikrostrukturmessung und ein Oberflächenmikrostruktur-MesssystemThe present invention relates to a surface microstructure measurement method, a surface microstructure measurement data analysis method, and a surface microstructure measurement system
Stand der TechnikState of the art
In einem Halbleiterherstellungsverfahren werden Transistoren in einer LSI oftmals durch Anwenden einer Linien- und Raumstruktur ausgebildet.
Selbst in anderen Prozessen sind Faktoren zur Änderung des CD-Werts vergleichbarer Elemente stets vorhanden. Folglich ist es bei einem tatsächlich herzustellenden Wafer ein sehr wichtiger Punkt, den CD-Wert zur rechten Zeit zu überprüfen. Herkömmlich wird zur Messung der CD eines Halbleiters oder dergleichen, ein CD-SEM oder ein Analyseverfahren der Lichtstreuung (Scatterometrie) verwendet.Even in other processes, factors that change the CD of comparable elements are always present. Consequently, in a wafer to be actually manufactured, it is a very important point to check the CD value in due time. Conventionally, for measuring the CD of a semiconductor or the like, a CD-SEM or a light scattering (scatterometry) analysis method is used.
Im Gegensatz dazu wird eine Technologie zur Analyse der Dichtefluktuation in einem Mehrfachschichtfilm ungleichförmiger Dichte vorgeschlagen, wo ein oder mehrere Filme ungleichförmiger Dichte auf einem Substrat aufeinander geschichtet sind, mittels Verwendung einer Streufunktion, welche eine Röntgenstreukurve gemäß einem Parameter kennzeichnet, der den Verteilungszustand eines partikelförmigen Materials kennzeichnet (beispielsweise Patentdokument 1).In contrast, a technology is proposed for analyzing the density fluctuation in a non-uniform-density multilayer film where one or more non-uniform-density films are stacked on a substrate by using a scattering function which characterizes an X-ray scattering curve according to a parameter representing the distribution state of a particulate material (e.g. Patent Document 1).
In dem Analyseverfahren des Mehrfachschichtfilms ungleichförmiger Dichte, das in dem Patentdokument 1 offenbart ist, wird die Streufunktion, welche die Röntgenstreukurve gemäß dem Parameter darstellt, der den Verteilungszustand des partikelförmigen Materials kennzeichnet, verwendet. Eine Röntgenstreuintensität wird unter den gleichen Bedingungen wie die Messbedingungen, unter denen die Röntgenstreuintensität tatsächlich gemessen wird, berechnet, wobei ein Fit zwischen der berechneten Röntgenstreuintensität, während ein Parameter geändert wird, und der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität durchgeführt wird, und der Parameterwert, wenn die berechnete Röntgenstreuintensität mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität übereinstimmt, als der Verteilungszustand des partikelförmigen Materials in dem Mehrfachschichtfilm der ungleichförmigen Dichte festgelegt wird. Wie es oben beschrieben ist wird mittels Verwendung einer Funktion, als Streufunktion, welche eine Übergangswahrscheinlichkeit einführt, in der eine exakte Lösung des Mehrfachschichtfilms ohne Streuung in einer Grenzfläche als ein Ausgangszustand und ein Endzustand festgelegt wird, der Verteilungszustand des partikelförmigen Materials der ungleichmäßigen Dichte analysiert.In the analysis method of the non-uniform density multilayer film disclosed in
In einem Verfahren, das im Patentdokument 2 offenbart ist, wird zum Messen der kritischen Dimension (CD) die Oberfläche eines Substrats so mit Röntgenstrahlung bestrahlt, dass diese einen Bereich einer periodischen Struktur auf der Oberfläche einer Probe trifft. Anschließend wird zur Messung der Dimension der Struktur parallel zur Oberfläche der Probe ein Röntgenstrahlmuster, das von der Streuung herrührt, die dem Merkmal der Oberfläche entspricht, als Funktion des Azimut (Azmuth) parallel zur Oberfläche der Probe detektiert. Allerdings ist als Verfahren zur Messung der Beugungslinie jeder Ordnung der ausgebildeten periodischen Struktur die Drehung der Probe selbst, in der Azimut-Richtung nicht explizit angegebene.In a method disclosed in
Im Gegensatz dazu offenbart das Nicht-Patentdokument 1, das vor der Offenlegung des oben beschriebenen Patentdokuments 1 offengelegt wurde, dass ein Messsystem hoher Auflösung mittels Verwendung eines Spiegels, eines Kristallkollimators und eines Analysators aufgebaut ist, wobei ein gebeugter Röntgenstrahl von einer periodischen Struktur, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, als ein ebenes Röntgenstreumuster kleinen Winkels bezeichnet wird und als Funktion eines Azimut gemessen wird. In dem hier veröffentlichten Verfahren wird die periodische Struktur als beinahe kristallgleich angesehen, wobei eine Probe so in der Azimut-Richtung gedreht wird, dass das Spektrum jeder Ordnung die bekannte Braggsche Beugungsbedingung (in dem Nicht-Patentdokument 1 ist diese als ϕ bezeichnet) erfüllt, eine sehr große Anzahl von Streupeaks detektiert werden und, basierend darauf, der Strukturabstand und die Linienbreite der periodischen Struktur mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Ferner ist ein Verfahren offenbart, bei dem, wenn die Probe in der Azimut-Richtung gedreht wird, gleichzeitig ein Detektor mit einer diesbezüglich zweifachen Geschwindigkeit gedreht wird (in dem Nicht-Patentdokument 1 wird diese als 2θ/ϕ-Scan bezeichnet) und somit die Braggschen Beugungsbedingungen erfüllt werden.In contrast, Non-Patent
Ferner schlägt das Nicht-Patentdokument 2 ein Strukturmodell zur theoretischen Berechnung eines Röntgenstreuspektrums vor, das eine Funktion mit Bezug auf die Richtung des gemessenen Azimut ist (Gleichung 2) in dem Nicht-Patentdokument 2. Es wird ein Verfahren offenbart, bei dem, basieren darauf, eine Röntgenstreuintensität speziell berechnet wird, wobei ein Parameter durch Vergleich mit dem gemessenen Röntgenstreuspektrum optimiert wird, wobei eine Mikrostruktur, wie beispielsweise eine Linienbreite und eine Neigung einer Seitenwand, bestimmt wird.
- Patentdokument 1:
JP 2003 202 305 A - Patentdokument 2:
US 2006 / 0 133 570 A1 - Nicht-Patentdokument 1:
Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA, Tomokazu EZURA, Ken TSUTSUI und Susumu IKEDA, „Evaluation of a Microfabricated Structure by an Ultra-high Resolution In-plane X-ray Small Angle Scattering Method“, The 53th Applied Physics Related Discussion Meeting Preprint 24a-B-4/III, May 24, 2006, No. 3, p. 1471 - Nicht-Patentdokument 2:
Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA und Susumu IKEDA, Characterization of Submicron-scale Periodic Grooves by Grazing Incidence Ultra-small-angle X-ray Scattering, Japanese Journal of Applied Physics, Japan, The Japan Society of Applied Physics, August 10, 2007, Vol. 46, No. 32, 2007 pp. L773-L775 US 2006/0133570 A1 Anspruches 1 fallen.
- Patent Document 1:
JP 2003 202 305 A - Patent Document 2:
U.S. 2006/0 133 570 A1 - Non-patent document 1:
Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA, Tomokazu EZURA, Ken TSUTSUI and Susumu IKEDA, "Evaluation of a Microfabricated Structure by an Ultra-high Resolution In-plane X-ray Small Angle Scattering Method", The 53th Applied Physics Related Discussion Meeting Preprint 24a-B-4/III, May 24, 2006, no. 3, p. 1471 - Non-patent document 2:
Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA and Susumu IKEDA, Characterization of Submicron-scale Periodic Grooves by Grazing Incidence Ultra-small-angle X-ray Scattering, Japanese Journal of Applied Physics, Japan, The Japan Society of Applied Physics, August 10, 2007, Vol. 46, No. 32, 2007 pp. L773-L775 U.S. 2006/0133570 A1 claim 1.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Inzwischen hat sich die Größe einer Struktureinheit bei der Halbleiterherstellung deutlich verringert, wobei es schwierig ist, eine CD-Messung auszuführen. Obwohl beispielsweise die Strahlgröße eines CD-SEM als ungefähr 5 nm angesehen wird, ist es nicht einfach, 20 nm mit dieser Strahlgröße zu messen. Ferner, obwohl bei der Scatterometrie die Wellenlänge von Messlicht natürlicherweise verringert ist, wird unter Berücksichtigung der Transmission des Lichts in der Atmosphäre die Wellenlänge um ungefähr höchstens 200 nm reduziert, und es ist offensichtlich, dass es schwierig wird, die Messung in Zukunft durchzuführen. Indem in der Zukunft die CD auf 32 nm, auf 25 nm und dann auf 20 nm verringert wird, d. h. im Verlauf der Zeit, ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Verfahren keine ausreichende Empfindlichkeit aufweisen werden. In dieser Situation, wenn die CD-Messung mittels Verwendung von Röntgenstrahlung möglich wird, wird, obwohl nicht alle Verfahren, wie beispielsweise die Scatterometrie und das CD-SEM ersetzt werden, ein neuer Weg zum Messen eines Bereichs gefunden, der eine Struktureinheitsgröße aufweist, bei der diese Verfahren zum Messen nicht geeignet sind.Meanwhile, the size of a unit structure in semiconductor manufacturing has been remarkably reduced, and it is difficult to carry out CD measurement. For example, although the beam size of a CD-SEM is considered to be around 5 nm, it is not easy to measure 20 nm with this beam size. Further, although the wavelength of measurement light is naturally reduced in scatterometry, considering the transmittance of light in the atmosphere, the wavelength is reduced by about 200 nm at most, and it is apparent that it becomes difficult to perform the measurement in the future. In the future, by reducing the CD to 32 nm, to 25 nm and then to 20 nm, i. H. over time, it is very likely that these methods will not have sufficient sensitivity. In this situation, when CD measurement using X-ray becomes possible, although not all methods such as scatterometry and CD-SEM are replaced, a new way of measuring a region having structural unit size is found at which these methods are not suitable for measuring.
Ferner werden Untersuchungen und Entwicklungen bezüglich nicht nur eines integrierten Halbleiterschaltkreises, als Einrichtung, die eine solche Mikrostruktur aufweist, durchgeführt, sondern auch ein davon zu unterscheidender Weg wird begangen, der auf eine hohe Aufzeichnungsdichte eines Magnetaufzeichnungsmediums oder dergleichen, strukturierte Medien und dergleichen abzielt. Eine vergleichbare Technologie mit Röntgenstrahlung wird selbst zur Auswertung dieser Einrichtungen als anwendbar angesehen. Die obige Beschreibung zielt auf den Hintergrund ab, in dem der vorliegende Erfinder damit begonnen hat, die CD-Messung mittels Verwendung von Röntgenstrahlung zu entwickeln.Further, investigations and developments are being made on not only a semiconductor integrated circuit as a device having such a microstructure, but also a different way is being pursued which aims at high recording density of a magnetic recording medium or the like, patterned media and the like. Comparable technology using X-rays is considered applicable even for the evaluation of these devices. The above description is aimed at the background in which the present inventor started to develop the CD measurement using X-rays.
Als Antwort auf das Erfordernis für die CD-Messung ist es mittels Verwendung der Verfahren, die im Patentdokument 2 und Nicht-Patentdokument 1 offenbart sind, möglich, die Dimension einer Mikrostruktur bis zu einem gewissen Maß zu spezifizieren. Allerdings werden beispielsweise in dem Verfahren, das in dem Nicht-Patentdokument 1 offenbart ist, da die Berechnung eindimensional ausgeführt wird, die Höhen einer Struktur, wie beispielsweise eines Gitters, in der Höhenrichtung gemittelt. Folglich wenn die Dichte eines Seitenwandabschnitts sich allmählich in der Linien- und Raummikrostruktur ändert, ist es unmöglicht, zu bestimmen, ob die Änderung durch die Neigung der Seitenwand oder die Rauhigkeit bewirkt wird. Wie es oben beschrieben ist, ist eine Grenze der Genauigkeit bezüglich der Spezifizierung des Merkmals einer Mikrostruktur mit dem herkömmlichen Verfahren vorhanden.In response to the requirement for the CD measurement, by using the methods disclosed in
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obige Situation getätigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Messverfahren für eine Oberflächenmikrostruktur, ein Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächenmikrostrukturmessung und eine Röntgenstreuungs-Messeinrichtung bereitzustellen, mit denen eine Mikrostruktur auf einer Oberfläche genau gemessen werden kann, und womit ein dreidimensionales Strukturmerkmal ermittelt werden kann.
- (1) Um die obige Aufgabe zu erzielen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur auf einer Probenoberfläche bereitgestellt, das in einem der unabhängigen Ansprüche definiert ist. Wie es oben beschrieben ist, in dem Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Röntgenstrahlung, die eine elektromagnetische Welle ist, deren Wellenlänge ausreichend kürzer als ein zu messendes Ziel ist, zur Messung verwendet wird, ist es möglich, eine feine Struktur genauer zu messen als in einem Fall, in dem Licht oder dergleichen, deren Wellenlänge länger als das zu messende Ziel ist, verwendet wird. Es ist auch möglich, die dreidimensionalen Merkmale der periodisch angeordneten Einheitsstruktur zu ermitteln und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die mit Linien und Räumen und Punkten ausgebildet sind, zu ermitteln.
- (2) Ferner ist in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung die Einheitsstruktur mit einem gleichförmigen substantiellen Bereich und einem gleichförmigen Leerbereich innerhalb dieser Schichten ausgebildet, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem substantiellen Bereich bewirkt wird, wird berechnet. Wie es oben beschrieben ist, da die Merkmale, die in den Probe enthalten sind, dadurch dargestellt werden, dass diese in den substantiellen Bereich und den Leerbereich unterteilt werden, spezielle Formeln zur Berechnung der Röntgenstreuintensität bereitgestellt werden, der Fit zum Optimieren der Formparameter des substantiellen Bereichs, die dort auftreten, ausgeführt wird, ist es möglich, ein genaues Strukturmerkmale der Probe auf einfache Weise zu ermitteln.
- (3) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der Beugungs- und Reflexionseffekte, die durch eine Mehrzahl von Schichten, die in dem Probenmodell ausgebildet sind, erzeugt werden, die Streuintensität der Röntgenstreuung durch die Mikrostruktur berechnet. Folglich, da zu der Zeit das Probenmodell, in der die Schichtstruktur ausgebildet ist, angenommen bzw. festgelegt wird und die Beugungs- und Reflexionseffekte, die von diesen mehreren Schichten bewirkt werden, berücksichtigt werden, ist es möglich, eine Mikrostruktur, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, genau zu analysieren.
- (4) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung durch Unterstellen, dass die Einheitsstrukturen, Fluktuationen der Position von einer exakten periodischen Position aufweisen und die exakte periodische Position und die Fluktuationen der Position nicht von Differenzen zwischen wechselseitigen Positionen abhängen und zufällig sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Mikrostruktur einer Probe genau zu ermitteln, in der die Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen nicht von Differenzen zwischen wechselseitigen bzw. beidseitigen Positionen abhängen.
- (5) Bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Position bezüglich einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Position lediglich von einer relativen Positionsbeziehung bei der Einheitsstruktur abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Position relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen.
- (6) Ferner werden in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen eine Periodizität aufweisen, eine Amplitude und eine Periode der Fluktuationen der Position verwendet, um das mittlere Quadrat der Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen auszudrücken, und somit wird die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen eine Periodizität aufweisen.
- (7) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich in einem Zylinder aufweisen, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe einfach zu messen, bei der die Einheitsstrukturen eine zylindrische Form aufweisen.
- (8) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich in einem Trapezoid aufweisen, das in einer x-Richtung parallel zur Probenoberflächen gleichförmig ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe einfach zu messen, in der die Einheitsstrukturen, wie beispielsweise Linien und Räume, eine trapezförmige Querschnittsgestalt aufweisen, die in einer bestimmten Richtung gleichförmig ist.
- (9) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche gleichförmig ist, und die in Elemente in einer y-Richtung senkrecht zur x-Richtung parallel zur Probenoberfläche unterteilt sind, ein Integral durch eine Summe der Elemente approximiert, und somit wird die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, selbst detaillierte Merkmale der Oberflächenstruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Einheitsstruktur eine Gestalt aufweist, die in einer gegebenen Richtung gleichförmig ist.
- (10) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn ein Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der eine Querschnittsstruktur aufweist, die in der x-Richtung gleichförmig ist, angenommen wird, ist entweder ein Krümmungsradius eines konvexen Endbereichs von beiden Enden einer oberen Seite oder ein Krümmungsradius eines konkaven Basisbereichs von beiden Enden einer unteren Seite der Querschnittsgestalt in einem Parameter enthalten, und somit wird die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, selbst detaillierte Merkmale, wie beispielweise den Krümmungsradius eines Endbereichs der Oberflächemikrostruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Einheitsstruktur eine gleichförmige trapezoidförmige Querschnittsgestalt in einer gegebenen Richtung aufweist.
- (11) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Probenmodells, in dem die Einheitsstrukturen einen ersten substantiellen Bereich, der in der Form eines in x-Richtung gleichförmigen Trapezoids ausgebildet ist, und einen oder mehrere zweite substantielle Bereiche aufweist, deren Material sich von der Materialt des ersten substantiellen Bereichs unterscheidet und die in Schichten auf dem ersten substantiellen Bereich ausgebildet sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Mittels Verwendung des oben beschriebenen Probenmodells ist es möglich, eine nicht destruktive Messung auszuführen, beispielsweise in dem Herstellungsprozess verschiedener Einrichtungen, wobei der zweite substantielle Bereich als ein Film auf einer Seitenwand oder einem Bodenabschnitt gleichförmig ausgebildet ist.
- (12) Ferner wird in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Probenmodells, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich aufweisen, der in der x-Richtung gleichförmig ist und in dem eine Querschnittsgestalt senkrecht zur x-Richtung asymmetrisch trapezoidförmig ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Bei Verwendung des oben beschriebenen Probenmodells, selbst wenn in dem Herstellungsverfahren verschiedener Einrichtungen eine asymmetrische Seitenwandstruktur ausgebildet wird, ist es möglich, eine zufriedenstellende Detektionsempfindlichkeit bezüglich der Asymmetrie eines Seitenwandwinkels zu erzielen. Folglich ist es möglich, das Probenmodell als Überwachung eines Prozesses, in dem Asymmetrie eine Rolle spielt, effektiv zu nutzen.
- (13) Ferner wird in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Probenmodells, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der eine periodische Struktur sowohl in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche als auch einer y-Richtung parallel zur Probenoberfläche und senkrecht zur x-Richtung aufweist, und die in der x- und y-Richtung parallel zur Probenoberfläche in Elemente unterteilt sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung jeder der Elemente mittels einer Summe der Elemente integriert. Folglich ist es möglich, die Differenz bzw. Abweichungen einer Querschnittsgestalt zu ermitteln, selbst wenn eine zweidimensionale periodische Struktur auf der Oberfläche vorhanden ist und jede der Einheitsstrukturen eine komplizierte Querschnittsgestalt aufweist.
- (14) Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächenmikrostrukturmessung zur Messung einer Mikrostruktur auf einer Probenoberfläche bereitgestellt, wobei das Verfahren einen Computer veranlasst, die Schritte auszuführen: Annehmen bzw. Festlegen eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur auf einer Oberfläche, in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht auf der Oberfläche ausgebildet sind und Einheitsstrukturen periodisch in einer Richtung parallel zur Oberfläche innerhalb der Schichten angeordnet sind, Berechnen einer Streuintensität von Röntgenstrahlung, die von der Mikrostruktur gestreut wird, unter Berücksichtigung von Beugungs- und Reflexionseffekten, die von den Schichten erzeugt werden, und Durchführen eines Fits der aus dem Probenmodell berechneten Streuintensität der Röntgenstrahlung an eine Streuintensität, die durch Bestrahlen der Probenoberfläche mit Röntgenstrahlung in einem sehr kleinen bzw. streifenden Einfallswinkel tatsächlich gemessen wird; und Bestimmen, als Resultat des Fits, eines optimalen Parameterwerts zur Spezifizierung einer Gestalt bzw. Form der Einheitsstrukturen.
- (1) In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method for measuring a surface microstructure on a sample surface as defined in any one of the independent claims. As described above, in the method for measuring the surface microstructure according to the present invention, since the X-ray, which is an electromagnetic wave whose wavelength is sufficiently shorter than a target to be measured, is used for measurement, it is possible to obtain a fine to measure structure more accurately than in a case where light or the like whose wavelength is longer than the target to be measured is used. It is also possible to detect the three-dimensional characteristics of the unit structure periodically arranged and to detect the surface structure and the like of various devices formed with lines and spaces and dots.
- (2) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, the unit structure having a uniform substantial area and a uniform void area is formed within these layers, and the X-ray scattering intensity caused by the substantial area is calculated. As described above, since the features contained in the specimen are represented by dividing them into the substantial area and the void area, specific formulas for calculating the X-ray scattering intensity are provided, the fit for optimizing the shape parameters of the substantial Areas that occur there, it is possible to determine an accurate structural features of the sample in a simple manner.
- (3) Further, in the surface microstructure measuring method according to the present invention, considering the effects of diffraction and reflection produced by a plurality of layers formed in the sample model, the scattering intensity of X-ray scattering by the microstructure is calculated. Consequently, since at the time the sample model in which the layered structure is formed is assumed and the diffraction and reflection effects caused by these multiple layers are taken into account, it is possible to obtain a microstructure formed on the surface trained to analyze accurately.
- (4) Further, in the method for measuring the surface microstructure according to the present invention, by assuming that the unit structures have fluctuations in position from an exact periodic position and the exact periodic position and the fluctuations in position do not depend on differences between mutual positions and are random, the scattering intensity of the X-ray radiation is calculated. Consequently, it is possible to accurately detect the microstructure of a sample in which the fluctuations in the position of the unit structures do not depend on differences between mutual positions.
- (5) In the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, assuming that the unit structures have fluctuations in position with respect to an exact periodic position and the fluctuations in position depend only on a relative positional relationship in the unit structure, the scattering intensity of X-rays calculated. Consequently, it is possible to detect the surface microstructure of a sample in which the unit structures have fluctuations in position relative to an accurate periodic position.
- (6) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, when the fluctuations in the position of the unit structures have a periodicity, an amplitude and a period of the fluctuations in the position are used to express the mean square of the fluctuations in the position of the unit structures , and thus the scattering intensity of the X-ray radiation is calculated. Consequently, it is possible to detect the surface microstructure of a sample in which the fluctuations in the position of the unit structures have periodicity.
- (7) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, in a sample model in which the unit structures have the substantial region in a cylinder, the X-ray scattering intensity is calculated. Consequently, it is possible that Easy to measure surface microstructure of a sample in which the unit structures have a cylindrical shape.
- (8) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, in a sample model in which the unit structures have the substantial area in a trapezoid that is uniform in an x-direction parallel to the sample surface, the X-ray scattering intensity is calculated. Consequently, it is possible to easily measure the surface microstructure of a sample in which the unit structures such as lines and spaces have a trapezoidal cross-sectional shape that is uniform in a certain direction.
- (9) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, in a sample model in which the unit structures have a substantial area uniform in an x-direction parallel to the sample surface and the elements in a y-direction perpendicular to the x-direction parallel to the sample surface, an integral is approximated by a sum of the elements, and thus the scattering intensity of the X-ray is calculated. Consequently, it is possible to detect even detailed features of the surface structure of a sample in which the unit structure has a shape uniform in a given direction.
- (10) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, when a sample model in which the unit structures have a substantial area having a cross-sectional structure that is uniform in the x-direction is assumed to be either a Radius of curvature of a convex end portion from both ends of an upper side or a radius of curvature of a concave base portion from both ends of a lower side of the cross-sectional shape is included in a parameter, and thus the scattering intensity of the X-ray is calculated. Consequently, it is possible to detect even detailed features such as the radius of curvature of an end portion of the surface microstructure of a sample in which the unit structure has a uniform trapezoidal cross-sectional shape in a given direction.
- (11) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, using a sample model in which the unit structures include a first substantial region formed in the shape of a trapezoid uniform in the x-direction and one or more second substantial regions the material of which is different from the material of the first substantial region and which are formed in layers on the first substantial region, calculates the scattering intensity of the X-ray. By using the sample model described above, it is possible to perform non-destructive measurement, for example, in the manufacturing process of various devices, with the second substantial region being uniformly formed as a film on a side wall or a bottom portion.
- (12) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, using a sample model in which the unit structures have the substantial area that is uniform in the x-direction and in which a cross-sectional shape perpendicular to the x-direction is asymmetrically trapezoidal , calculates the scattering intensity of X-rays. Using the sample model described above, even if an asymmetric sidewall structure is formed in the manufacturing process of various devices, it is possible to obtain a satisfactory detection sensitivity to the asymmetry of a sidewall angle. Consequently, it is possible to effectively use the sample model as a monitor of a process in which asymmetry plays a role.
- (13) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, using a sample model in which the unit structures have a substantial portion having a periodic structure in both an x-direction parallel to the sample surface and a y-direction parallel to the sample surface and perpendicular to the x-direction, and which are divided into elements in the x- and y-directions parallel to the sample surface, the scattering intensity of the X-ray of each of the elements is integrated by means of a sum of the elements. Consequently, it is possible to detect the difference of a cross-sectional shape even when a two-dimensional periodic structure is present on the surface and each of the unit structures has a complicated cross-sectional shape.
- (14) Further according to the present invention, there is provided a surface microstructure measurement data analysis method for measuring a microstructure on a sample surface, the method causing a computer to perform the steps of: accepting or specifying a sample model having a microstructure on a surface in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface and unit structures are periodically formed in a direction parallel to the surface within the layers, calculating a scattering intensity of X-rays scattered by the microstructure, taking into account diffraction and reflection effects generated by the layers, and performing a fit of the X-ray scattering intensity calculated from the sample model a scattering intensity actually measured by irradiating the sample surface with X-rays at a very small or grazing angle of incidence; and determining, as a result of the fitting, an optimal parameter value for specifying a shape of the unit structures.
Folglich wird ein Vorteil durch Verwenden von Röntgenstrahlung mit kurzer Wellenlänge erzielt, und es ist möglich, eine Mikrostruktur genau zu messen, verglichen mit einem Fall, in dem die die Lichtstreuintensität oder dergleichen verwendet wird. Ferner ist es unter Verwendung des Probenmodells, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist, und der Streuintensität, die der Gestalt des substantiellen Bereichs auf der Oberfläche entspricht, möglich, ein dreidimensionale Strukturmerkmal der Probe zu ermitteln und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die durch Linien und Räume und Punkte ausgebildet wird zu ermitteln.
- (15) Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Röntgenstreuungs-Messeinrichtung bereitgestellt, die zur Messung einer Mikrostruktur auf einer Probenoberfläche ausgelegt ist, wobei die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung enthält: einen Monochromator, der Röntgenstrahlung, die von einer Röntgenstrahlquelle emittiert wird, spektral reflektiert; einen Schlitzabschnitt, der im Stande ist, eine Spot-Abmessung der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche auf 30 µm oder weniger zu begrenzen; einen Probenhalter, der eine Drehung zum Ändern sowohl eines Einfallwinkels der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche als auch eine Drehung in einer Ebene der Probenoberfläche ermöglicht und der die Probe trägt; und einen zweidimensionalen Detektor, der die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von der Probenoberfläche gestreut wird, misst. Da es auf diese Weise möglich ist, die Ausdehnung des Bestrahlungsbereichs der Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche einzuschränken und die Streuintensität der Röntgenstrahlung zu messen, welche eine Mikrostruktur in der Größenordnung von Nanometern, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, widerspiegelt, ist eine genaue Messung der Mikrostruktur möglich.
- (15) Further according to the present invention, there is provided an X-ray scattering measuring device designed to measure a microstructure on a sample surface, the X-ray scattering measuring device including: a monochromator that spectrally reflects X-rays emitted from an X-ray source; a slit portion capable of restricting a spot size of the spectrally reflected X-ray on the sample surface to 30 µm or less; a sample holder that allows rotation for changing both an incident angle of the spectrally reflected X-ray on the sample surface and rotation in a plane of the sample surface and supports the sample; and a two-dimensional detector that measures the scattering intensity of X-rays scattered from the sample surface. In this way, since it is possible to restrict the extension of the irradiation range of X-rays to the sample surface and to measure the scattering intensity of X-rays reflecting a microstructure on the order of nanometers formed on the surface, accurate measurement of the microstructure is possible possible.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Mikrostruktur genau zu messen, verglichen mit einem Fall, in dem eine Lichtstreuung oder dergleichen verwendet wird. Mit dem Probenmodell, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist, und der Streuintensität, die der Form des substantiellen Bereichs auf der Oberfläche entspricht, ist es möglich, das dreidimensionale Strukturmerkmal der Probe zu ermitteln, und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die durch Linien und Räume und Punkte ausgebildet ist, zu ermitteln.According to the present invention, it is possible to accurately measure a microstructure compared to a case where light scattering or the like is used. With the sample model in which a layered structure is formed and the scattering intensity corresponding to the shape of the substantial area on the surface, it is possible to determine the three-dimensional structural feature of the sample, and the surface structure and the like of various facilities represented by lines and spaces and points is designed to determine.
Figurenlistecharacter list
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1 ist ein Diagramm, das den Aufbau und die Funktionsblöcke eines Oberflächenmikrostruktur-Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;1 Fig. 14 is a diagram showing the structure and functional blocks of a surface microstructure measuring system according to the present invention; -
2 ist eine Seitenansicht, die einen Teil eines Beispiels des Aufbaus einer Röntgenstreuungs-Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;2 Fig. 14 is a side view showing part of an example of construction of an X-ray diffraction measuring device according to the present invention; -
3 ist eine Seitenansicht, die einen Teil eines Beispiels des Aufbaus der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;3 Fig. 14 is a side view showing part of an example of the construction of the X-ray diffraction measuring device according to the present invention; -
4 ist eine perspektivische Ansicht (oder ein zusätzliches Diagramm, das eine Formel für die Simulation illustriert), die ein Beispiel einer Probe schematisch zeigt, die eine Oberflächenmikrostruktur aufweist;4 Fig. 13 is a perspective view (or an additional diagram illustrating a formula for the simulation) schematically showing an example of a sample having a surface microstructure; -
5 ist eine perspektivische Ansicht (oder ein zusätzliches Diagramm, das eine Formel für die Simulation illustriert), die ein Beispiel einer Probe schematisch zeigt, die eine Oberflächenmikrostruktur aufweist;5 Fig. 13 is a perspective view (or an additional diagram illustrating a formula for the simulation) schematically showing an example of a sample having a surface microstructure; -
6 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Simulation und eines Fits in einer Oberflächenmikrostruktur-Messeinrichtung zeigt;6 Fig. 12 is a flow chart showing the flow of a simulation and a fit in a surface microstructure measuring device; -
7 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie sich ein elektrisches Feld durch den Einfall von Röntgenstrahlung in Schichten einer Probe ändert, die eine N-Schichtstruktur aufweist;7 Fig. 12 is a schematic diagram showing how an electric field changes by the incidence of X-rays in layers of a sample having an N-layer structure; -
8 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie das elektrische Feld sich durch die Austretende Röntgenstrahlung in den Schichten der Probe ändert, welche die N-Schichtstruktur aufweist;8th Fig. 12 is a schematic diagram showing how the electric field changes by the exiting X-rays in the layers of the sample having the N-layer structure; -
9 ist eine Querschnittsansicht eines Probemodells, in dem Linien und Räume auf dessen Oberfläche ausgebildet sind;9 Fig. 14 is a cross-sectional view of a sample model in which lines and spaces are formed on the surface thereof; -
10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist;10 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model in which a layered structure is formed; -
11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, das eine Struktur aufweist, in der sich mit Änderung der Höhe die Materialzusammensetzung ändert;11 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model having a structure in which the material composition changes as the height changes; -
12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem ein konvexer Abschnitt eine Stufe aufweist;12 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model in which a convex portion has a step; -
13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem eine neue Abdeckschicht auf einer Mikrostruktur ausgebildet ist;13 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model in which a new resist layer is formed on a microstructure; -
14 ist ein Diagramm, das eine Streuintensität zeigt, die von einem Teil der Summe der Perioden abgeleitet ist, welche mit einer Störperiode von p=2 berechnet sind;14 Fig. 12 is a diagram showing a scattering intensity derived from a part of the sum of the periods calculated with a spurious period of p=2; -
15 ist eine Querschnittsansicht eines Probenmodells, das einen Linienbereich aufweist, dessen Querschnittsansicht trapezoidförmig ist;15 Fig. 14 is a cross-sectional view of a sample model having a line portion whose cross-sectional view is trapezoidal; -
16 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der15 ausgeführt wurde;16 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of15 was executed; -
17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, das einen Linienabschnitt aufweist, dessen Querschnittsansicht trapezoidförmig ist;17 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model having a line portion whose cross-sectional view is trapezoidal; -
18 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der17 ausgeführt wurde;18 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of17 was executed; -
19 ist eine Querschnittsansicht eines Probenmodells, das einen Linienabschnitt aufweist, dessen Oberfläche von Schichten bedeckt ist;19 Fig. 14 is a cross-sectional view of a sample model having a line portion whose surface is covered with layers; -
20 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der19 ausgeführt wurde;20 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of19 was executed; -
21 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Probenmodell zeigt, das einen Linienabschnitt aufweist, in dem eine asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist;21 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model having a line portion in which an asymmetric side wall is formed; -
22 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der21 ausgeführt wurde;22 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of21 was executed; -
23 ist eine draufsichtsmäßige SEM-Fotografie einer Probe;23 Fig. 12 is a top view SEM photograph of a sample; -
24 ist eine querschnittsmäßige TEM-Fotografie einer Probe;24 Fig. 12 is a cross-sectional TEM photograph of a sample; -
25 ist eine Querschnittsansicht des Probenmodells der Proben, die in den23 und24 gezeigt sind;25 Fig. 12 is a cross-sectional view of the sample model of the samples shown in Figs23 and24 are shown; -
26 ist ein Graph, der eine tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität zeigt;26 Fig. 14 is a graph showing an X-ray scattering intensity actually measured; -
27 ist ein Graph, der eine berechnete Röntgenstreuintensität zeigt;27 Fig. 14 is a graph showing a calculated X-ray scattering intensity; -
28 ist ein Graph, der bezüglich des ersten Peaks die tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität und die berechnete Röntgenstreuintensität zeigt;28 Fig. 14 is a graph showing actually measured X-ray scattering intensity and calculated X-ray scattering intensity with respect to the first peak; -
29 ist ein Graph, der bezüglich des dritten Peaks die tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität und die berechnete Röntgenstreuintensität zeigt; und29 Fig. 14 is a graph showing actually measured X-ray scattering intensity and calculated X-ray scattering intensity with respect to the third peak; and -
30 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Halbleitersubstrats zeigt.30 12 is a plan view showing an example of a semiconductor substrate.
Beste Wege zur Ausführung der ErfindungBest Modes for Carrying Out the Invention
Es wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Zur Einfachheit des Verständnisses der Beschreibung werden die gleichen Bestandteile in den Zeichnungen mit gemeinsamen Referenzzeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. For ease of understanding of the description, the same components in the drawings are denoted by common reference symbols and their description is not repeated.
[Aufbau des Gesamtsystems][Structure of the overall system]
Die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 ist eine Einrichtung, welche eine Probe mit Röntgenstrahlung in einem kleinen Winkel bestrahlt und welche die Streuintensität messen kann. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist eine Einrichtung, die einen bekannten Parameter zur Berechnung der Streuintensität verwendet und die ein Merkmal der Oberflächenmikrostruktur der Probe durch Ausführen eines Fits an einen tatsächlich gemessenen Wert berechnen kann. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist ein Computer, der wie bei einem PC oder dergleichen, eine CPU, eine Speichereinrichtung, eine Eingabeeinrichtung und eine Ausgabeeinrichtung enthält, und wobei die Eingabeeinrichtung und die Ausgabeeinrichtung extern vorgesehen sein können. Die Eingabeeinrichtung ist beispielsweise eine Tastatur oder eine Maus und wird verwendet, wenn ein bekannter Parameter oder dergleichen eingegeben wird. Die Ausgabeeinrichtung ist beispielsweise ein Display oder ein Drucker, und gibt das Resultat des Fits aus.The X-ray
Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist mit der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 verbunden und speichert Messdaten, die von der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 automatisch übertragen werden. Vorzugsweise werden die Daten automatisch übertragen, aber die Daten können auch auf einem Aufzeichnungsmedium oder dergleichen in der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 gespeichert werden. Alternativ wird ein Steuerprogramm im Voraus installiert, und es ist somit möglich, die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 über die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 zur Zeit der tatsächlichen Messung zu steuern.The
[Struktur der Analyseeinrichtung][Structure of Analyzer]
Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 enthält einen Parameter-Beschaffungsabschnitt 121, einen Formelspeicherabschnitt 122, einen Simulationsabschnitt 123, einen Fitabschnitt 124 und einen Ausgabeabschnitt 125. Der Parameter-Beschaffungsabschnitt 121 beschafft Parameter zum Spezifizieren von Bedingungen der Röntgenstreuung, welche von der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 erhalten werden, und Parameter, die von einem Benutzer eingegeben werden. Die beschafften Parameter enthalten beispielsweise einen Einfallswinkel a auf die Probe 140 der Röntgenstrahlung und einen initialen Wert eines Parameters zum Spezifizieren der Form einer Einheitsstruktur auf der Oberfläche der Probe. Parameter, die durch den Fit erhalten werden, enthalten beispielsweise die Höhe H der Probe, deren Querschnittsansicht trapezoidförmig ist, die Länge Wt der oberen Seite, die Länge Wb der unteren Seite, den Krümmungsradius Rt eines konvexen Endabschnitts der oberen Seite, den Krümmungsradius Rb eines konvexen breiten Basisabschnitts (Rand des unteren Abschnitts).The
Der Formelspeicherabschnitt 122 speichert eine Formel zum Berechnen einer Streuintensität an einem spezifischen Probenmodell mittels Simulation. Auf der anderen Seite ermittelt der Simulationsabschnitt 123 von dem Formelspeicherabschnitt 122 eine Formel zum Berechnen der Streuung an dem gewünschten Probenmodell von dem Formelspeicherabschnitt 122, und auf der anderen Seite wählt der Simulationsabschnitt 123 verschiedene notwendige Parameterwerte von bekannten Parametern aus, die von den bekannten Parametern ermittelt werden, und berechnet eine Röntgenstreuintensität. Der Fitabschnitt 124 führt einen Fit der Röntgenstreuintensität, die von dem Simulationsabschnitt 123 berechnet wird, und der Röntgenstreuintensität, die tatsächlich mittels der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 gemessen wird, aus.The
Wenn jede Formel verwendet wird, um die Röntgenstreuintensität zu berechnen, sind verschiedene Zahlen, wie beispielsweise ein Einfallswinkel a, der Brechungsindex der m-ten Schicht und ein Polarisationsfaktor P erforderlich. Beispielsweise wird der Einfallswinkel a durch automatische Übertragung durch die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 erhalten, wobei der Brechungsindex nm der m-ten Schicht und der Polarisationsfaktor P durch manuelle Eingabe erhalten werden, und wobei der klassische Elektronenradius rc durch Anwenden von im Voraus gespeicherten Informationen erhalten wird. Um dieses auszuführen, benötigt die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 eine Eingabeeinheit, eine Speichereinheit und dergleichen, und basierend auf Werten, die von diesen verschiedenen Einheiten erhalten werden, berechnet der Simulationsabschnitt 123 die Streuintensität. Die Berechnung der Röntgenstreuintensität und der Betrieb der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 zur Zeit des Fits wird später beschrieben. Der Brechungsindex nm, der mit dem Strukturmodell übereinstimmt, kann von der gemessenen Röntgenstreuintensität bestimmt werden.When each formula is used to calculate the X-ray scattering intensity, various numbers such as an angle of incidence α, the refractive index of the m-th layer, and a polarization factor P are required. For example, the angle of incidence α is obtained by automatic transmission through the X-ray scattering measuring
[Aufbau der Messeinrichtung][Structure of the measuring device]
Der Monochromator 113 reflektiert die Röntgenstrahlung spektral, welche von einer nicht dargestellten Röntgenstrahlquelle emittiert wird, und beleuchtet die Probe 140 mit der spektral reflektierter Röntgenstrahlung. Der erste Kollimationsblock 114 und der zweite Kollimationsblock 115 sind mit einem Element ausgebildet, das die Röntgenstrahlung unterbrechen kann und bilden einen Schlitzabschnitt, der die spektral reflektierte Röntgenstrahlung verschmälert. Mit diesem Aufbau wird ein Winkel, in dem die Probe 140 mit der Röntgenstrahlung bestrahlt wird, bis auf einen Bereich von 0,1° oder mehr und 0,5° oder weniger verringert. Mit dem Paar von Kollimationsblöcken 114 und 115 ist es möglich, den Bereich der Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche auf 30 µm oder weniger zu begrenzen. Da es auf diese Weise möglich ist, die Ausdehnung des Bestrahlungsbereichs der Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche zu begrenzen und die Streuintensität der Röntgenstrahlung zu messen, welche eine Mikrostruktur in der Größenordnung von Nanometer, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, reflektiert bzw. widerspiegelt, ist eine genaue Messung der Mikrostruktur möglich. Es sollte bemerkt werden, dass der Aufbau, welcher den Bereich auf 20 µm oder weniger begrenzt, bevorzugter ist. Wie es oben beschrieben ist, ist es durch Verringerung des Bereichs bzw. Spots und des Einfallwinkels möglich, eine Mikrostruktur in der Größenordnung von Nanometern auf der Probenoberfläche zu messen. Im Besonderen ist es durch Anwenden der Kollimationsblöcke 114 und 115 möglich, die Röntgenstrahlung genau zu unterbrechen und die Genauigkeit der Kollimation zu erhöhen.The
Der Probenhalter 115 trägt die Probe 140 auf einer flachen Halterung. Der Probenhalter 115 kann sich drehen, um den Einfallswinkel der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche zu ändern und kann sich in der Ebene der Probenoberfläche drehen. Wie es oben beschrieben ist, kann sich die Probe 140 drehen, und folglich ist es möglich, die Streuintensität durch die Probe 140 gemäß dem Beugungswinkel zu messen.The
Die Probe 140 ist ein Element, das eine Mikrostruktur auf der Oberfläche aufweist; beispielsweise ist die Probe 140 ein Substrat, das aus Silizium oder dergleichen ausgebildet ist und das eine Oberflächenmikrostruktur aufweist. Der zweidimensionale Detektor 116 misst auf der Detektionsoberfläche die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die auf der Probenoberfläche gestreut wird. Der Strahlstopper 117 empfängt die einfallende Röntgenstrahlung, die durch die Probe 140 getreten ist. Wie es oben beschrieben ist, weist die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 eine Struktur auf, welche für die Messung der Mikrostruktur der Probenoberfläche geeignet ist.The
In dem Aufbau, der in
[Proben][Rehearse]
Die
Die Probe 140, die in
Für diese Proben 140 und 145 trifft die Röntgenstrahlung, deren Spot-Größe auf 50 µm oder weniger und vorzugsweise auf 30 µm oder weniger verschmälert ist, auf die Oberfläche 141 in einem Einfallswinkel α auf, wobei ein Fit bezüglich der Intensität der tatsächlich gemessenen gestreuten Röntgenstrahlung und der Intensität der unter Verwendung eines Probenmodells der gleichen Gestalt berechneten gestreuten Röntgenstrahlung ausgeführt wird, und somit ist es möglich, eine tatsächliche Probengröße zu erhalten. Wenn ein Experiment mit Röntgenstrahlung tatsächlich ausgeführt wird, sind die Proben 140 und 145 so angeordnet, dass die Richtung der periodischen Struktur mit der Richtung der einfallenden Röntgenstrahlung übereinstimmt. In den Figuren ist die x-Richtung eine Richtung, in der die Probenoberfläche, wenn die Probe angeordnet ist, und die Einfallsoberfläche der Röntgenstrahlung sich schneiden, wobei die z-Richtung eine Richtung ist, die senkrecht auf der Probenoberfläche steht und die y-Richtung eine Richtung ist, die sowohl auf der x-Richtung als auch auf der z-Richtung senkrecht steht.For these
[Messverfahren][measurement method]
Das Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur mit dem Oberflächenmikrostruktur-Messsystem 100, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird im Folgenden beschrieben. Die bestimmte Probe wird zunächst auf den Probenhalter gesetzt, um mit der Richtung der Mikrostruktur der Probe übereinzustimmen, wobei die Probenoberfläche mit Röntgenstrahlung in einem streifenden Einfallswinkel α bestrahlt wird, und somit wird die Röntgenstreuintensität gemessen. Die Röntgenstreuintensität wird gemäß einem Röntgenstrahlausgangswinkel β gemessen. Damit die Beugung der Röntgenstrahlung aufgrund der periodischen Struktur genutzt werden kann, wird die Probe gemessen, während die Probe um die z-Achse in der Ebene, sofern erforderlich, gedreht wird.The method of measuring the surface microstructure with the surface
Anschließend wird das Probenmodell mittels Verwendung von Parametern ermittelt, welche die Gestalt der Einheitsstruktur spezifizieren, welche die periodische Struktur der bestimmten Probe aufweist, und die Röntgenstreuintensität wird mittels Simulation berechnet. Im Besonderen sind eine oder mehrere Schichten in der Richtung senkrecht zur Oberfläche in der Mikrostruktur auf der Oberfläche ausgebildet, wobei das Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur in der Richtung parallel zur Oberfläche in den Schichten periodisch angeordnet ist, ermittelt bzw. angenommen bzw. ausgewählt wird, wobei die Streuung der Röntgenstrahlung, die von deren Grenzflächen gebeugt und reflektiert wird, bewirkt von den Strukturen, berechnet wird, und basierend darauf ein Fit bezüglich der Röntgenstreuintensität, die aus dem Probenmodell berechnet wurde, und der gemessenen Streuintensität durchgeführt wird. Als Resultat des Fits werden die optimalen Werte der Parameter, welche die Form der Einheitsstruktur spezifizieren, bestimmt. Eine detaillierte Beschreibung wird unten gegeben.Then, the sample model is determined using parameters specifying the shape of the unit structure having the periodic structure of the specific sample, and the X-ray scattering intensity is calculated by simulation. Specifically, one or more layers are formed in the direction perpendicular to the surface in the microstructure on the surface, and the sample model in which the unit structure is periodically arranged in the direction parallel to the surface in the layers is determined , wherein the scattering of the X-rays, which is diffracted and reflected by their interfaces, caused by the structures, is calculated and based on this a fit is performed between the X-ray scattering intensity calculated from the sample model and the measured scattering intensity. As a result of the fitting, the optimal values of the parameters specifying the shape of the unit structure are determined. A detailed description is given below.
[Formeln für die Simulation][Formulas for the simulation]
Es werden die Gleichungen für die Simulation für jedes Probenmodell beschrieben. Für das Probenmodell, das eine Schichtstruktur auf der Oberfläche aufweist und das eine Mikrostruktur aufweist, bei der die Einheitsstrukturen in den Schichten periodisch angeordnet sind, kann die Röntgenstreuintensität mittels Gleichung (1) unten berechnet werden. Hier werden die
[Formel 1]
- 〈FDWSA〉 :
- Mittelwert von FDWBA bezüglich Schwankungen bzw. Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
- 〈|FDWBA|2〉 :
- Mittelwert von |FDWBA|2 bezüglich Schwankungen bzw. Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
- α
- Einfallswinkel
- β
- Ausgangswinkel
- nm
- Brechungsindex der m-ten Schicht
- Q//
- Komponentenvektor parallel zur Oberfläche des Streuvektors
- rc
- klassischer Elektronenradius
- P
- Polarisationsfaktor
- N
- Gesamtzahl der Einheitsstrukturen
- Fj
- Formfaktor der Einheitsstruktur
- X̅j
- ideale periodische Position der Einheitsstrukturen
- u(Xj)
- Versetzung der Position der Einheitsstruktur j aufgrund von lokaler Störung
- x
- Richtung, in der die Einfallsebene und die Probenoberfläche einander schneiden
- y
- Richtung senkrecht auf der x-Richtung und der z-Richtung
- z
- Richtung senkrecht auf der Probenoberfläche
- FDWBA
- basiert auf der Gleichung (37), die später beschrieben wird.
[Formula 1]
- 〈FDWSA〉 :
- Mean value of F DWBA with regard to fluctuations or deviations between the structural units j
- 〈|FDWBA|2〉 :
- Mean of |F DWBA | 2 with regard to fluctuations or deviations between the structural units j
- a
- angle of incidence
- β
- exit angle
- nm
- Refractive index of the mth layer
- Q//
- Component vector parallel to the surface of the scattering vector
- RC
- classical electron radius
- P
- polarization factor
- N
- Total number of unit structures
- fj
- Unit structure form factor
- X̅j
- ideal periodic position of the unit structures
- u(Xj)
- Shift in position of unit structure j due to local disturbance
- x
- Direction in which the plane of incidence and the sample surface intersect
- y
- Direction perpendicular to the x-direction and the z-direction
- e.g
- Direction perpendicular to the sample surface
- FDWBA
- is based on equation (37) which will be described later.
In der Gleichung (1) wird angenommen, dass die Einheitsstruktur durch einen substantiellen Bereich und einen in den Schichten gleichförmigen Leerbereich ausgebildet wird und dass der substantielle Bereich die Streuung bewirkt, und Zmj (xj, yj) bezeichnet die Grenze zwischen dem substantiellen Bereich und dem Leerbereich. Wie es oben beschrieben ist, ist es unter Verwendung der Gleichung zur Streuintensität, die dem Probenmodell, in dem die Schichtstruktur ausgebildet ist, und der Gestalt des substantiellen Bereichs auf der Oberfläche entspricht, möglich, ein dreidimensionale Strukturmerkmal der Probe zu ermitteln und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die durch Linien und Räume und Punkte ausgebildet ist, zu ermitteln.In the equation (1), it is assumed that the unit structure is formed by a substantial area and a void area uniform in the layers and that the substantial area causes the scattering, and Zmj (xj, yj) denotes the boundary between the substantial area and the blank space. As described above, using the scattering intensity equation that corresponds to the sample model in which the layered structure is formed and the shape of the substantial area on the surface, it is possible to determine a three-dimensional structural feature of the sample and the surface structure and to determine the like of various entities formed by lines and spaces and points.
Obwohl in der Gleichung (1) die Fluktuationen der Position u(Xj)der Einheitsstruktur von der exakten periodischen Position berücksichtigt wird, ist es in der Form unmöglich, eine spezifische Berechnung bezüglich u(Xj)auszuführen. Wenn angenommen werden kann, dass die Fluktuationen der Position der Einheitsstruktur nicht von Xj abhängen und zufällig sind, kann die Gleichung (2) unten verwendet werden.
[Formel 2]
- Qu
- Projektion des Streuvektors in der u-Richtung
- Δu̅
- Mittelwert der Fluktuationen der Positionen
[Formula 2]
- Qu
- Projection of the scattering vector in the u-direction
- Δu̅
- Average of the fluctuations of the positions
In der Gleichung (2) wird angenommen, dass die Wirkungen der Fluktuationen der Positionen bezüglich der Streuung nicht von der relativen Positionsbeziehung zwischen den Einheitsstrukturen abhängen. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur der Probe, in der die Einheitsstrukturen zufällige Fluktuationen der Positionen haben, zu ermitteln.In the equation (2), it is assumed that the effects of the fluctuations in the positions on the scattering do not depend on the relative positional relationship between the unit structures. Consequently, it is possible to detect the surface microstructure of the sample in which the unit structures have random fluctuations in positions.
Demgegenüber, wenn das Probenmodell, das eine Periodizität der Fluktuationen der Positionen der Einheitsstruktur aufweist, angenommen werden kann, kann die Gleichung (3) unten verwendet werden.
[Formel 3]
- Qu
- Projektion des Streuvektors in der u-Richtung
- b
- Amplitude der Fluktuationen der Positionen
- p
- Periode der Fluktuationen der Positionen
- ΔXk
- Abstand zwischen den Einheitsstrukturen
[Formula 3]
- Qu
- Projection of the scattering vector in the u-direction
- b
- Amplitude of position fluctuations
- p
- Period of fluctuations in positions
- ΔXk
- Distance between the unit structures
Wie es beschrieben ist, wenn die Fluktuationen der Positionen der Einheitsstruktur eine Periodizität aufweisen, ist es möglich, die Röntgenstreuintensität mittels Verwendung der Amplitude und der Periode der Fluktuationen der Positionen zu berechnen und die Oberflächenmikrostruktur der Probe zu ermitteln.As described, when the fluctuations in the positions of the unit structure have a periodicity, it is possible to calculate the X-ray scattering intensity by using the amplitude and the period of the fluctuations in the positions and to obtain the surface microstructure of the sample.
Obwohl es zum Integrieren des Formfaktors Fj der Einheitsstruktur notwendig ist, ein Integral durch Einführen eines Parameters gemäß der Gestalt der Einheitsstruktur des Probenmodells in einem spezifischen Fall zu bestimmen, ist es möglich, ein Integral mittels einer einfachen Gleichung zu bestimmen. Der Formfaktor, der mit der Gestalt der Einheitsstruktur verwendet wird, wird unten beschrieben.Although in order to integrate the form factor F j of the unit structure, it is necessary to determine an integral by introducing a parameter according to the shape of the unit structure of the sample model in a specific case, it is possible to determine an integral using a simple equation. The form factor used with the shape of the unit structure is described below.
(Zylindrische Gestalt)(cylindrical shape)
Wenn ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur eine zylindrische Gestalt bzw. Form aufweist, angenommen wird, kann der Formfaktor Fj der Einheitsstruktur, der unten in der Gleichung (4) dargestellt ist, verwendet werden. In der Gleichung (4) wird ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur einen zylindrischen substantiellen Bereich aufweist, angenommen.
[Formel 4]
- A
- Radius der zylindrischen Form der Einheitsstruktur
- H
- Höhe der zylindrischen Form der Einheitsstruktur
- J1
- Vesselfunktion
[Formula 4]
- A
- Radius of the cylindrical shape of the unit structure
- H
- Height of the cylindrical shape of the unit structure
- J1
- vessel function
(Gestalt mit trapezförmigen Querschnitt)(shape with trapezoidal cross section)
Wenn ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur eine Gestalt aufweist, deren Querschnitt in der x-Richtung gleichförmig trapezförmig ist, angenommen werden kann, kann der Formfaktor Fj der Einheitsstruktur, der durch die Gleichung (5) unten dargestellt ist, verwendet werden. In der Gleichung (5) wird ein Probenmodell angenommen, in dem die Einheitsstruktur einen trapezoidförmigen substantiellen Bereich hat, der in der x-Richtung parallel zur Probenoberfläche gleichförmig ist.
[Formel 5]
- d(x)
- d-Funktion
- Qx
- x-Richtungskomponente eines Streuvektors
- Qy
- y-Richtungskomponente des Streuvektors
- Wt
- Länge einer oberen Seite eines Trapezoidquerschnitts der Einheitsstruktur
- Wb
- Länge einer unteren Seite des trapezoidförmigen Querschnitts der Einheitsstruktur
- H
- Länge des trapezoidförmigen Querschnitts der Einheitsstruktur
[Formula 5]
- d(x)
- d function
- Qx
- x-direction component of a scattering vector
- qy
- y-direction component of the scattering vector
- Wt
- Length of an upper side of a trapezoidal cross section of the unit structure
- wb
- Length of a lower side of the trapezoidal cross section of the unit structure
- H
- Length of the trapezoidal cross-section of the unit structure
(Andere komplizierte Gestalten)(Other Complicated Shapes)
Wenn in einem Fall, in dem eine Gestalt, die in der x-Richtung gleichförmig ist, als Ziel verwendet wird, das oben beschriebene Probenmodell der einfachen Gestalt verwendet wird, ist es möglich, Fj mathematisch zu bestimmen. In a case where a shape uniform in the x-direction is used as a target, if the simple shape sample model described above is used, it is possible to mathematically determine F j .
Allerdings, wenn ein Probenmodell einer komplizierten Gestalt angenommen werden muss, wie beispielsweise, wenn bei einer Gestalt, deren Querschnitt trapezoidförmig ist, der Krümmungsradius eines Endabschnitts berücksichtigt werden muss, wird ein Probenmodell, bei dem die Einheitsstruktur eine gleichförmige Gestalt in der x-Richtung aufweist und eine Unterteilung der Elemente in der y-Richtung ausgeführt wird, angenommen, und es ist somit möglich, einen Fit mittels Verwendung des Formfaktors Fj der Einheitsstruktur, welcher von der Gleichung (6) unten dargestellt wird, auszuführen. Mit einer solchen Gleichung ist es möglich, Parameter, wie beispielsweise die Höhe eines trapezoidförmigen Querschnitts, einer oberen Seite, einer unteren Seite, den Krümmungsradius beider Enden der oberen Seite und den Krümmungsradius des Basisabschnitts beider Enden der unteren Seite zu erhalten. Wie es oben beschrieben ist, bezieht sich die Gleichung (6) auf ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur einen gleichförmigen substantiellen Bereich in der x-Richtung parallel zur Probenoberfläche aufweist und bei der die Unterteilung der Elemente in der y-Richtung parallel zur Probenoberfläche und senkrecht auf der x-Richtung ausgeführt ist. Die Summe der Elemente wird verwendet, um das Integral zu approximieren.
[Formel 6]
- d(x)
- d-Funktion
- Qx
- x-Richtungskomponente eines Streuvektors
- Qy
- y-Richtungskomponente des Streuvektors
- L
- Länge der Einheitsstruktur in der y-Richtung
- n
- Anzahl der unterteilten Elemente der Einheitsstruktur in der Y-Richtung
- h
- Streuordnung, wenn L ein Oberflächenraum ist
[Formula 6]
- d(x)
- d function
- Qx
- x-direction component of a scattering vector
- qy
- y-direction component of the scattering vector
- L
- Length of the unit structure in the y-direction
- n
- Number of divided elements of the unit structure in the Y-direction
- H
- Scattering order when L is a surface space
In der Gleichung (6) können bezüglich des y-z-Querschnitts der Einheitsstruktur die Höhe, die Länge einer oberen Seite, die Länge einer unteren Seite, der Krümmungsradius eines konvexen Endabschnitts beider Enden der oberen Seite und der Krümmungsradius des konkaven Basisabschnitts beider Enden der unteren Seite als Parameter verwendet werden, welche die Einheitsstruktur kennzeichnen. Wie es oben beschrieben ist, ist es mit der Gleichung (6) möglich, selbst detaillierte Merkmale zu ermitteln.In the equation (6), with respect to the yz cross section of the unit structure, the height, the length of an upper side, the length of a lower side, the radius of curvature of a convex end portion of both ends of the upper side and the radius of curvature of the concave base portion of both ends of the lower side can be used as parameters identifying the unit structure. As described above, with Equation (6), it is possible to determine even detailed features.
[Berechnungsverfahren (Simulation und Fit)][Calculation method (simulation and fit)]
Als nächstes werden die Simulation und der Fit beschrieben, als Verfahren zum Bestimmen der Röntgenstreuintensität mittels Verwendung von Parametern, welche die in den Probenschichten ausgebildeten Einheitsstrukturen spezifizieren, die eine periodische Struktur aufweisen.
Es wird zunächst gemäß der tatsächlich gemessenen Probe ein Probenmodell angenommen bzw. ausgewählt, und eine Gleichung, welche dem Probenmodell, das eine periodische Struktur auf der Oberfläche aufweist, entspricht, wird aus den Gleichungen (1) bis (3) und (4) bis (6) ausgewählt. Die Bedingungen werden so wie bei der tatsächlichen Messung festgelegt, und eine Gleichung eines ungefähren Probenmodells wird ausgewählt. Die Oberflächemikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 empfängt bei Auswahl einer Gleichung von dem Benutzer eine Eingabe (Schritt S1). Für die Streuintensität, welche von der ausgewählten Gleichung geliefert wird, ist ein Formfaktor Fj ein wichtiges Element.First, a sample model is adopted according to the sample actually measured, and an equation corresponding to the sample model having a periodic structure on the surface is calculated from equations (1) to (3) and (4) to (6) selected. The conditions are set as in the actual measurement, and an equation of an approximate sample model is selected. The
Die Röntgenstrahlung, welche in die Probe eindringt und sich durch eine Mehrzahl von Schichten fortpflanzt, wird gebeugt und reflektiert, nicht nur von der Probenoberfläche, sondern auch von den Grenzflächen zwischen den Schichten (inklusive der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Film). Mit größerer Anzahl von Schichten erhöht sich deren Einfluss. Folglich ist es mit Verwendung einer Gleichung, in der die Beugung und die Reflexion an der Grenzfläche berücksichtigt wird, möglich, die Genauigkeit der Analyse bezüglich der Probe, welche eine komplizierte Oberflächenstruktur aufweist, zu verbessern.The X-rays entering the sample and propagating through a plurality of layers are diffracted and reflected not only by the sample surface but also by the interfaces between the layers (including the interface between the substrate and the film). With a larger number of layers, their influence increases. Consequently, using an equation in which the diffraction and the reflection at the interface are taken into account, it is possible to improve the accuracy of the analysis on the sample having a complicated surface structure.
Als nächstes werden Werte, welche zum Berechnen unter Verwendung der Gleichung notwendig sind, durch Eingabe von dem Benutzer und durch automatische Übertragung durch die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 empfangen (Schritt S2). Als initialer Fitparameter sind beispielsweise Werte des Durchmessers eines kreisförmigen Zylinders, der Höhe H, der oberen Seite eines Trapezoids Wt, der Länge der unteren Seite Wb, der Höhe H, des Krümmungsradius eines konvexen Endabschnitts der oberen Seite Rt und des Krümmungsradius eines konkaven Abschnitts des Basisabschnitts vorgesehen. Ferner wird die Gesamtintensität durch die Gesamtanzahl von Strukturen N bestimmt. Wie es später beschrieben wird, ist es durch Optimieren der Werte der einzelnen Parameter [a, H und NJ oder [Wt, Wb, H, Rt, Rb und NJ möglich, eine Streuintensität zu berechnen, welche mit der tatsächlich gemessenen Streuintensität übereinstimmt.Next, values necessary for calculation using the equation are received by input from the user and automatically transmitted by the X-ray diffraction meter 110 (step S2). As an initial fitting parameter, for example, values of the diameter of a circular cylinder, the height H, the top side of a trapezoid Wt, the length of the bottom side Wb, the height H, the radius of curvature of a convex end portion of the top side Rt, and the radius of curvature of a concave portion of the Base section provided. Furthermore, the total intensity is determined by the total number of structures N. As will be described later, by optimizing the values of each parameter [a, H, and NJ or [Wt, Wb, H, Rt, Rb, and NJ, it is possible to calculate a scattering intensity that agrees with the actually measured scattering intensity.
Anschließend wird durch Verwendung der Gleichung, wie es oben beschrieben ist, und der empfangenen Werte die Streuintensität berechnet (Schritt S3). Die Gleichung wird mittels Verwendung der obigen Parameter berechnet, und somit wird die Streuintensität bezüglich Qy und Qz auf der Detektionsoberfläche ermittelt.Subsequently, by using the equation as described above and the received values, the scattering intensity is calculated (step S3). The equation is calculated using the above parameters and thus the scattering intensity with respect to Qy and Qz on the detection surface is found.
Anschließend wird der Fit an der berechneten Röntgenstreuintensität und der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität ausgeführt (Schritt S4). Jede der Röntgenstreuintensitäten wird als Kurve auf der Detektionsoberfläche dargestellt. Bei diesem Fit wird die Übereinstimmung (oder ein Unterschied zwischen beiden Kurven) der Kurve, welche von dem Experiment herrührt, mit der berechneten Kurve geprüft. Beispielsweise wird die Differenz W zwischen beiden Kurven durch die folgende Gleichung erhalten.
[Formel 7]
- Ii(exp)
- Röntgenstreuintensität, welche an einem i-ten Messpunkt tatsächlich gemessen wurde
- Ii(cal)
- Röntgenstreuintensität, welche an dem i-ten Messpunkt berechnet wurde
[Formula 7]
- Ii(exp)
- X-ray scattering intensity that was actually measured at an i-th measuring point
- Ii(cal)
- X-ray scattering intensity calculated at the i-th measurement point
Anschließend, wenn die Differenz W in einen bestimmten Bereich fällt, wird bestimmt, dass beide Kurven miteinander übereinstimmen, wohingegen, wenn dies nicht der Fall ist, bestimmt wird, dass beide Kurven nicht miteinander übereinstimmen (Schritt S5).Subsequently, if the difference W falls within a certain range, it is determined that both curves agree with each other, whereas if not, it is determined that both curves do not agree with each other (step S5).
Wenn bestimmt wird, dass die beiden Kurven nicht übereinstimmen, werden die Fitparameter, welche die Gestalt bzw. Form der Einheitsstrukturen bestimmen, geändert (Schritt S6), wobei die Röntgenstreuintensität abermals berechnet wird und eine Entscheidung, ob oder ob nicht eine Übereinstimmung mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität vorliegt, ausgeführt wird. Dieser Prozess wird wiederholt, während die Werte der Fitparameter eingestellt und geändert werden, bis beide Kurven miteinander übereinstimmen.If it is determined that the two curves do not match, the fitting parameters that determine the shape of the unit structures are changed (step S6), the X-ray scattering intensity is calculated again and a decision as to whether or not a match with the actual measured X-ray scattering intensity is carried out. This process is repeated while adjusting and changing the values of the fit parameters until both curves match each other.
Wenn die berechnete Röntgenstreuintensität mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität übereinstimmt, sind die ausgewählten Werte der Fitparameter Werte, welche die Form der Einheitsstruktur kennzeichnen, welche die Oberflächemikrostruktur der Probe bildet. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 gibt die Resultate der erhaltenen Fitparameter aus (Schritt S7) und schließt den Prozess ab. Bei diesem Fit ist es beispielsweise unter Verwendung eines nicht linearen Verfahrens des kleinsten Quadrats möglich, den optimalen Wert von jedem Fitparameter effektiv zu bestimmen. Obwohl in dem obigen Beispiel des Fittens der optimale Wert berechnet wird, während der Wert des Fitparameters eingestellt wird, kann irgendein Fitverfahren verwendet werden, und das Fitverfahren ist nicht im Besonderen begrenzt.When the calculated X-ray scattering intensity agrees with the actually measured X-ray scattering intensity, the selected values of the fit parameters are values that characterize the shape of the unit structure constituting the surface microstructure of the sample. The
Die Berechnung und der Fit der Röntgenstreuintensität in der oben beschriebenen Ausführungsform kann mittels der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 mittels Verwendung von Software durchgeführt werden, welche von einem Computer gespeichert und ausgeführt werden kann. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass Daten zwischen der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 und der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 entweder bidirektional oder unidirektional ausgetauscht werden können. The calculation and fitting of the X-ray scattering intensity in the embodiment described above can be performed by the
Vorzugsweise wird bei der Auswahl der optimalen Werte der Parameter durch den Simulationsabschnitt 123, damit die Übereinstimmung der berechneten Röntgenstreuintensität mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität verbessert wird (beispielsweise um nahe an einen bestimmten Wert herangebracht zu werden), die Analyse vollständig automatisch durch automatische Auswahl mittels Anwenden eines Verfahrens des geringsten Quadrats ausgeführt. Die Parameter können frei und automatisch eingegeben werden. In jedem Schritt kann die Berechnung kontinuierlich und automatisch ausgeführt werden, oder kann durch den Benutzer mittels Verwendung eines Computers ausgeführt werden.Preferably, when selecting the optimal values of the parameters by the
[Prinzip und Ableitung von Gleichungen][Principle and derivation of equations]
(Röntgenstrahlbeugung einer Struktur mit periodischer Anordnung)(X-ray diffraction of a periodic array structure)
Es wird die Ableitung von Gleichungen, die in der oben beschriebenen Simulation verwendet werden, beschrieben. Wenn zunächst die Röntgenstreuung/-beugung von der Anhäufung der Einheitsstruktur berücksichtigt wird, ist die Basisgleichung für die Streuung wie folgt.
[Formel 8]
- fµ
- Streufaktor eines µ-Atoms
- Xµ
- Position des µ-Atoms
- Q
- Streuvektor
- P
- Polarisationsfaktor
- rc
- klassischer Elektronenradius (= 2,818 × 10-15 m)
[Formula 8]
- fµ
- Scattering factor of a µ-atom
- Xµ
- Position of the µ atom
- Q
- scatter vector
- P
- polarization factor
- RC
- classical electron radius (= 2.818 × 10 -15 m)
In dem Fall eines kleinen Streuwinkels kann, selbst wenn angenommen wird, dass die Atome, welche die Einheitsstruktur bilden, nicht diskret vorhanden sind, sondern kontinuierlich vorhanden sind, eine ausgezeichnete Approximation erhalten werden. Folglich wird eine interne Koordinate ru eingeführt, und die Atomposition ändert sich zu Xµ → Xj + ru. Hier ist Xj eine Positionskoordinate, welche typischerweise von der Einheitsstruktur j ist. Auf diese Weise kann die Gleichung (7) wie folgt umgeschrieben werden.
[Formel 9]
[Formula 9]
Hier wird durch Annahme, dass die Atome in der Einheitsstruktur kontinuierlich verteilt sind, der Formfaktor als folgendes Integral ausgedrückt.
[Formel 10]
[Formula 10]
Anschließend, wenn angenommen wird, dass die Atome in der Einheitsstruktur gleichförmig verteilt sind, kann die Gleichung (9) weiter als folgende Gleichung vereinfacht werden.
[Formel 11]
[Formula 11]
Da, wie es oben beschrieben ist, die Funktion, welche die Form der Einheitsstruktur kennzeichnet, abgeleitet wird, wird diese Funktion auch als Formfaktor oder ein äußerer Formfaktor bezeichnet.Since, as described above, the function characterizing the shape of the unit structure is derived, this function is also referred to as a shape factor or an external shape factor.
Anschließend, damit die Streuintensität, wenn die Einheitsstrukturen periodisch angeordnet sind, bestimmt werden kann, wird die Summe der Gleichung (8) unter Berücksichtigung der periodischen Struktur und deren „Versetzung“ berechnet. Die Versetzung bzw. Abweichung von der periodischen Struktur in einem Kristall wird mit Bezug auf die Fluktuationen der Atompositionen aufgrund von thermischen Schwingungen, einer statischen Versetzung von der Kristallgitterposition des Atoms aufgrund von Kristalldefekten und dergleichen formuliert. Dieses Verfahren wird für die Versetzung von der periodischen Anordnung der Einheitsstrukturen angewendet. Folglich wird der Positionsfaktor Xj der Einheitsstruktur in eine exakte periodische Position und eine Versetzung davon unterteilt.
[Formel 12]
- Xj
- periodische Position
- u(Xj)
- Störung von der periodischen Position
[Formula 12]
- Xj
- periodic position
- u(Xj)
- Disturbance from the periodic position
Ferner, damit die Streuintensität unter Berücksichtigung von Fluktuationen der Positionen von jeder der Einheitsstrukturen und Fluktuationen bezüglich der Größe berechnet werden kann, wird eine statistische Verarbeitung eingeführt.
[Formel 13]
[Formula 13]
Der folgende Operator kennzeichnet das statistische Mittel einer physikalischen Observablen A bezüglich der Gesamtzahl der Einheitsstrukturen N.
[Formel 14]
[Formula 14]
Hier, aufgrund der Gleichförmigkeit des gesamten Systems wird angenommen, dass eine Korrelationsfunktion lediglich von der relativen Positionsrelation k der beiden abhängt.Here, due to the uniformity of the whole system, it is assumed that a correlation function depends only on the relative positional relation k of the two.
Als nächstes wird eine Exponentialfunktion zunächst unter Berücksichtigung von Fluktuationen der Positionen erweitert. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die folgende Relation wahr ist:
Anschließend wird die folgende Formel erhalten.
[Formel 16]
[Formula 16]
Da mit Sicherheit positive und negative Terme in der Relation der relativen Positionen vorhanden sind, werden diese gemittelt, und somit wird der erste Term Null und der zweite Term verbleibt. Folglich kann die Relation der relativen Positionen als folgende Formel in dem Bereich dieser Approximation ausgedrückt werden.
[Formel 17]
[Formula 17]
Allerdings wird angenommen, dass die Korrelation der Versetzung als eine Funktion g(ΔXk) von lediglich der Differenz ΔXk zwischen entsprechenden Positionen ausgedrückt wird. Ferner stellt Qu die Projektion eines Streuvektors Q in der u-Richtung der Versetzung dar. Die Korrelation der Fluktuation bezüglich der Positionen bewirkt eine sogenannte Hung-Streuung bei der Röntgenstreuung. Als einfaches Beispiel der Korrelation werden spezifische Ausdrücke für einen Fall, in dem eine zufällige Versetzung unabhängig vom Abstand auftritt, und einen Fall, bei dem die Position periodisch fluktuiert, angegeben. Gleichung (6) kann wie folgt mit Verwendung von g(ΔXk) geschrieben werden.
[Formel 18]
- g(ΔXk)
- Funktion in Abhängigkeit der relativen Position
[Formula 18]
- g(ΔXk)
- Function depending on the relative position
Wenn g(ΔXk) nicht mit dem Abstand in Beziehung steht, wie es in Gleichung (16a) gezeigt ist, wird dies als konstante mittlere quadratische Fluktuation ausgedrückt. Die mittleren quadratischen Fluktuation, welche unabhängig vom Abstand ausgedrückt werden, verhalten sich wie ein Temperaturfaktor bei der Kristallbeugung. Wenn die Amplitude der Fluktuationen bezüglich der Position, welche eine Periode p aufweisen, als b angenommen wird, kann dies mit der folgenden Gleichung (16b) ausgedrückt werden.
[Formel 19]
[Formula 19]
Anschließend kann eine Beugungsintensität wie folgt ausgedrückt werden.
[Formel 20]
[Formula 20]
Mit dieser Gleichung ist es möglich, nicht nur einen Beugungspeak als Resultat von einer ursprünglichen Periode sondern auch einen Peak auszudrücken, der von einer Supergitterperiode p mal so hoch herrührt.With this equation, it is possible to express not only a diffraction peak resulting from an original period but also a peak resulting from a superlattice period p times as high.
Im Allgemeinen kann die Strukturfluktuation der Einheitsstruktur, in welcher der Formfaktor als Gleichung (9) oder (10) ausgedrückt wird, eine Korrelation aufweisen, welche von der Differenz ΔXk zwischen den entsprechenden bzw. wechselseitigen Positionen abhängt. Allerdings, wenn eine solche Korrelation ignoriert werden kann, kann die Korrelation des Formfaktors mit der folgenden Gleichung ausgedrückt werden.
Anschließend können die Gleichungen (12), (16) und (17) wie folgt einfach ausgedrückt werden.
[Formel 22]
[Formula 22]
Es sei bemerkt, dass, da in der Gleichung des Formfaktors der Einheitsstruktur, der erste Term das Quadrat seiner selbst ist, wird die Mittelung nach dem Quadrieren ausgeführt, und dass, da der nachfolgende Term ein Term ist, der als Resultat einer Interferenz zwischen verschiedenen Streuelementen auftritt, die Mittelung an jedem Formfaktor ausgeführt wird, und anschließend die Quadrierung ausgeführt wird. Folglich, wenn die periodische Struktur über einen langen Abstand kontinuierlich ist, hat der zweite Term einen erheblichen Beitrag, wohingegen, wenn die Regelmäßigkeit gering ist, der Beitrag des zweiten Terms sich allmählich gemäß dem Betrag von Q ändert. Wenn diese Gleichungen angewendet werden, ist es möglich, geeignet zu beschreiben, wie sich das Verfahren zur Mittelung der Formfaktoren ändert. Allerdings ist im Allgemeinen der Kohärenzbereich der Röntgenstrahlung schmal, und es ist unwahrscheinlich, dass alle der beobachteten Bereiche kohärent zur Streuung beitragen. In einem solchen Fall, um die Verteilung der Streuung zu berücksichtigen, ist es notwendig, eine neue Mittelung entsprechend der Verteilung von jeder der obigen drei Gleichungen auszuführen.It should be noted that since in the equation of the form factor of the unit structure, the first term is the square of itself, the averaging is performed after squaring, and that since the subsequent term is a term obtained as a result of interference between different scattering elements occurs, the averaging is performed on each form factor, and then the squaring is performed. Consequently, when the periodic structure is continuous over a long distance, the second term has a significant contribution, whereas when the regularity is small, the contribution of the second term changes gradually according to the magnitude of Q. Applying these equations, it is possible to adequately describe how the method of averaging the shape factors changes. However, in general, the coherence range of X-rays is narrow and it is unlikely that all of the observed ranges coherently contribute to the scattering. In such a case, in order to take the distribution of the scatter into account, it is necessary to carry out a new averaging according to the distribution of each of the above three equations.
(Röntgenstrahlbeugung unter Berücksichtigung von Reflexion/Beugung an der Oberfläche oder dem dünnen Film)(X-ray diffraction considering reflection/diffraction at surface or thin film)
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strukturanalyse bei Einheitsstrukturen auf der Oberfläche auszuführen. Folglich trifft die Röntgenstrahlung in einem kleinen Winkel nahe der Oberfläche auf die Oberfläche auf, und die Beugung/Streuung wird gemessen. In einem solchen Fall ist es notwendig, eine Beugungsintensitätsrechnung unter Berücksichtigung von Reflexions/Beugungseffekten der Röntgenstrahlung an der Oberfläche durchzuführen. Das Berechnungsverfahren wird unten beschrieben.The purpose of the present invention is to carry out a structure analysis on unit structures on the surface. Consequently, the X-rays hit the surface at a small angle near the surface and the diffraction/scattering is measured. In such a case it is necessary to carry out a diffraction intensity calculation taking into account reflection/diffraction effects of the X-rays at the surface. The calculation procedure is described below.
Wenn die Röntgenstrahlung in einem kleinen Winkel auf die Probenoberfläche auftrifft, sind Reflexion und Beugung an der Oberfläche und an den Grenzflächen sehr wichtig. Wenn eine Streuung des reflektierten Röntgenstrahls in kleinem Winkel gemessen wird, ist es notwendig, dies zu berücksichtigen. Die
Bezüglich einer gestreuten Welle ist es notwendig, eine Welle zu berücksichtigen, welche in dem Film erzeugt wird und die von der Oberfläche in einem Ausgangswinkel bzw. Austrittswinkel a0 emittiert wird. Als Lösung einer Wellengleichung, welche ein elektrisches Feld in dem Mehrfachschichtfilm darstellt, die solche Bedingungen erfüllt, kann eine Lösung verwendet werden, welche durch Zeitumkehr einer Normallösung erhalten wird. Das kann durch Erlangen des Komplexkonjugierten einer Normallösung und anschließend Ändern derselben erhalten werden, sodass t → -t (k → -k). Diese Lösung wird durch die folgenden Symbole dargestellt.
[Formel 23]
[Formula 23]
Das elektrische Feld, das von der einfallenden Welle (Welle 1) herrührt, kann im Speziellen wie folgt beschrieben werden.
[Formel 24]
[Formula 24]
Die gestreute Welle (Welle 2) ist gleichermaßen gegeben durch die folgende Formel.
[Formel 25]
[Formula 25]
Diese Quantitäten können berechnet werden, wenn die Parameter nm und dm des Einfallswinkels, des Ausgangswinkels und die Filmstruktur gegeben sind. Anstelle der obigen Formel kann auch die folgende Formel als Formel unter Berücksichtigung der Grenzflächenrauhigkeit Ωm verwendet werden.
[Formel 26]
[Formula 26]
Durch Verwendung dieser kann eine Übergangsamplitude von Welle 1 bis Welle 2, die von einem Potenzial Vm bewirkt wird, aufgrund einer ungleichmäßigen Dichte in den m Schichten, wie folgt geschrieben werden.
[Formel 27]
[Formula 27]
Das Quadrat des absoluten Werts der Gleichung 27, die hier erhalten wird, liefert die Streuwahrscheinlichkeit. Die Auswertung der Oberflächenstreuung, die oben beschrieben ist, wird als „distorted wave born approximation“ (DWBA) bezeichnet.The square of the absolute value of Equation 27 obtained here gives the scatter probability. The evaluation of surface scattering described above is called "distorted wave born approximation" (DWBA).
(Form-(Struktur)-Faktor einer Oberflächennanostruktur)(Form (structure) factor of a surface nanostructure)
Basierend auf den oben beschriebenen grundsätzlichen Berechnungen ist der Strukturfaktor einer tatsächlichen Nanostruktur gegeben, und die Röntgenstreuintensität wird speziell ausgeführt.
Wenn dies berücksichtigt wird, wurde bezüglich beispielsweise einer Struktur, die auf der Oberfläche mit einer hohen Dichte ausgebildet ist, herausgefunden, dass es notwenig ist, ein elektromagnetisches Feld der Oberfläche an einer Schichtstruktur zu berechnen, die eine periodische Struktur in jeder Schicht aufweist, und das Problem bezüglich der Streuung von der Oberflächenstruktur darauf basierend zu behandeln.
[Formel 28]
[Formel 29]
[Formula 28]
[Formula 29]
Hier, wenn 0 < Zm (X, Y) < dm, kann die Integration von Zm in Gleichung (28) wie folgt ausgeführt werden.
[Formel 30]
[Formula 30]
Anschließend wird angenommen, dass jeder Term mit den folgenden Gleichungen ausgedrückt wird.
[Formel 31]
[Formula 31]
Folglich kann die Gleichung (27) zur Streuamplitude wie folgt ausgedrückt werden.
[Formel 32]
[Formula 32]
Ferner wird ein Fall berücksichtigt, in dem die Einheitsstrukturen eine Periodizität in der y-Richtung aufweisen. Ein solcher Fall wurde mit Bezug auf die Gleichungen (7) bis (17') diskutiert. Das wird auf eine spezifische Berechnung der Gleichung (32) angewendet. Um im Allgemeinen beispielsweise die Oberflächennanostruktur zu behandeln, sei ein Fall betrachtet, in dem eine zweidimensionale periodische Struktur in der Oberfläche ausgebildet ist. Folglich wird hier der Punkt (X, Y) innerhalb der Einheitsstrukturen, welche die periodische Struktur bilden, als (X, Y) = (Xj + xj, YJ + yj) unter Verwendung der lokalen Koordinate (Xj, Yj) und der Positionskoordinate (Xj, Yj) jeder Zelle ausgedrückt, und die Gleichung (31) umgeschrieben, mit dem Resultat, dass die folgende Formel gegeben ist.
[Formel 33]
[Formula 33]
Es sollte bemerkt werden, dass diese eine großen imaginären Term in dem Bereich der Totalreflexion aufweisen. Hier ist der Integrationsteil einer Formfunktion Zmj (Xj,Yj) in der Gleichung (33) als Formfaktor der Einheitsteile in einer sich wiederholenden Struktur definiert, wie es in der folgenden Formel dargestellt ist.
[Formel 34]
[Formula 34]
Wenn die Formel (32) damit umgeschrieben wird, folgt der folgende Ausdruck.
[Formel 35]
[Formula 35]
Hier, selbst wenn die Mikrostruktur, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, eine ein- oder mehrschichtige Struktur ist, kann die Streuamplitude berechnet werden. Die folgende Struktur ist ein Beispiel der Mikrostruktur, bei der eine Mehrzahl von Schichten ausgebildet ist, wie es oben beschrieben ist.Here, even if the microstructure formed on the surface is a single-layer or multi-layer structure, the scattering amplitude can be calculated. The following structure is an example of the microstructure in which a plurality of layers are formed as described above.
Wenn eine Fluktuation der periodischen Struktur vorliegt, wenn eine Summe bezüglich j erhalten wird, wird die Positionskoordinate für jede Zelle, wie es in der folgenden Gleichung gezeigt ist, in eine mittlere Position und eine Versetzung unterteilt, die von der Fluktuation herrührt, und somit wird ein Streuquerschnitt (Streuintensität) berechnet.
[Formel 36]
- Mittlere Position
X j = (X j,Y j) - Versetzung u(Xj)= (ux(Xj, Yj), uy(Xj, Yj))
[Formula 36]
- middle position
X j = (X j ,Y j ) - Displacement u(X j )= (u x (X j , Y j ), u y (X j , Y j ))
In diesem Fall können die Gleichungen (12'), (16'), (17') und dergleichen ohne Weiterverarbeitung angewendet werden.
[Formel 37]
- 〈FDWBA〉
- Mittelwert von FDWBA bezüglich Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
- 〈|FDWBA|2〉
- Mittelwert von |FDWBA |2 bezüglich Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
[Formula 37]
- 〈FDWBA〉
- Mean value of F DWBA regarding deviations between the structural units j
- 〈|FDWBA|2〉
- Mean of |F DWBA | 2 regarding deviations between the structural units j
Die spezifische Berechnung des Formfaktors FDWBA , der den Einheitsstrukturen entspricht und der entwickelt ist bzw. erweitert ist, wird im Folgenden beschrieben. Hier bezieht sich der Ausdruck „entwickelt“ auf die Tatsache, dass, wie es in der Gleichung (36) gezeigt ist, Reflexion und Beugung auf der Oberfläche basierend auf DWBA berücksichtigt wird; es sollte bemerkt werden, dass der Formfaktor FDWBA eine Funktion ist, die nicht nur direkt vom Streuvektor Q sondern auch vom Einfallswinkel α und dem Ausgangswinkel β abhängt. Da die Elemente der Gleichung (36) durch die Gleichung (35) gegeben sind, werden zunächst einige spezifische Beispiele bestimmt.The specific calculation of the form factor F DWBA corresponding to the unit structures that is developed is described below. Here, the term "designed" refers to the fact that, as shown in Equation (36), reflection and diffraction on the surface is taken into account based on DWBA; it should be noted that the form factor F DWBA is a function that depends not only directly on the scattering vector Q but also on the angle of incidence α and the angle of exit β. Since the elements of Equation (36) are given by Equation (35), some specific examples will first be determined.
(Zylindrische Gestalt (Höhe H und Radius A))(Cylindrical shape (height H and radius A))
Hier, da die Höhe des Zylinders innerhalb des Radius A konstant H ist, kann die folgende analytische Lösung erhalten werden.
[Formel 38]
[Formula 38]
(Eindimensionales, trapezoidförmiges Gitter)(One-dimensional trapezoidal lattice)
Anschließend sei ein eindimensionales Gitter betrachtet, das eine unendlich lange trapezoidförmige Gestalt in der x-Richtung aufweist. Hier kann die Integration auch analytisch ausgeführt werden, und der folgende Formfaktor kann erhalten werden.
[Formel 39]
[Formula 39]
(Formfaktor in dem Fall einer komplizierten Formfunktion)(shape factor in the case of a complicated shape function)
Die obigen zwei Beispiele sind Fälle, in denen die Integration analytisch ausgeführt werden kann. Allerdings ist die Ausführung einer solchen Integration im Allgemeinen nicht einfach. Folglich wird ein Verfahren betrachtet, das für eine komplizierte Form angewendet werden kann. Beispielsweise, da in einem eindimensionalen Gitter, das die Struktur aufweist, in der die Gate-Struktur eines LSI modelliert wird, und die in
[Formel 40]
[Formula 40]
Hier wurde gefunden, dass aus der Gleichung (45), welche die Beugungsbedingungen darstellt, und der Definition, Gleichung (46) die Peakpositionen der Beugung liefert.
[Formel 41]
[Formula 41]
Im Besonderen kann bei einer Querschnittsform-Funktion Z(y), die durch FFT gegeben wird, gezeigt in Gleichung (44), die Streuintensität in allen Beugungspeakpositionen für die Werte von Qz a gleichzeitig berechnet werden. Obwohl in der obigen Beschreibung das eindimensionale Gitter, das in der x-Richtung endlos kontinuierlich ist, betrachtet wurde, folgt, wenn dieses in eine zweidimensionale Struktur Z(x,y) erweitert wird, die unten stehende Gleichung.
[Formel 42]
[Formula 42]
Es wird ein Beispiel der Berechnung der Streuintensität mittels Verwendung des Berechnungsverfahrens mit der Gleichung (47), wenn eine komplizierte Querschnittsgestalt vorgesehen ist, bei der die analytische Integration, die in
(Probenmodell, in dem eine Oberflächenschicht mit einer einzigen Schicht oder einer Mehrzahl von Schichten bedeckt ist)(Sample model in which a surface layer is covered with a single layer or a plurality of layers)
Das Verfahren zur Verwendung des Strukturfaktors in der komplizierten Formfunktion, das oben beschrieben ist, kann auch für ein Probenmodell angewendet werden, bei dem eine Oberflächenschicht mit einer einzigen Schicht oder einer Mehrzahl von Schichten (Filmen) abgedeckt ist.
Wenn beim Herstellungsverfahren von verschiedenen Einrichtungen ein Element, das durch Beschichten mit einer Grenzschicht oder einer Metallschicht auf einer Linien- und Raumstruktur ausgebildet wird, inspiziert wird, wird vorzugsweise ein dünner Film auf einer Linie, einer Seitenwand und einem Bodenabschnitt ausgebildet, sodass die Dicke des Films so konstant wie möglich ist. In diesem Fall ist es mit dem oben beschriebenen Probenmodell möglich, eine nicht destruktive Messung zum Bestimmen, ob der Film gleichförmig auf der Linie, der Seitenwand und dem Bodenabschnitt ausgebildet ist, auszuführen.In the manufacturing process of various devices, when inspecting a member formed by coating an interface layer or a metal layer on a line and space structure, a thin film is preferably formed on a line, a side wall and a bottom portion so that the thickness of the film is as constant as possible. In this case, with the sample model described above, it is possible to carry out non-destructive measurement for determining whether the film is formed uniformly on the line, the side wall and the bottom portion.
(Probenmodell, das einen Linienabschnitt aufweist, wo eine asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist)(Sample model having a line section where an asymmetric side wall is formed)
Das Verfahren zur Verwendung des Strukturfaktors in der komplizierten Formfunktion kann auch für ein Probenmodell angewendet werden, das einen Linienabschnitt aufweist, in dem eine asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist.
Wenn Linien mit einem Fotolack ausgebildet sind, werden die anderen Abschnitte weggeätzt, und somit wird eine Linien- und Raumstruktur ausgebildet, wobei eine asymmetrische Seitenwandstruktur durch anisotropisches Aussetzen zu einem Ätzgas oder dergleichen ausgebildet werden kann. Selbst in diesem Fall ist es mit dem oben beschriebenen Probenmodell möglich, eine ausreichende Detektionsempfindlichkeit bezüglich der Asymmetrie des Seitenwandwinkels zu haben. Folglich ist es möglich, diese als Beobachtung eines Prozesses, in dem erwartet wird, das Asymmetrie eine Rolle spielt, zu nutzen.When lines are formed with a resist, the other portions are etched away, and thus a line and space structure is formed, and an asymmetric sidewall structure can be formed by anisotropic exposure to an etching gas or the like. Even in this case, with the sample model described above, it is possible to have sufficient detection sensitivity to the asymmetry of the sidewall angle. Consequently, it is possible to use this as an observation of a process in which asymmetry is expected to play a role.
Beispieleexamples
[Resultate eines Experiments][Results of an experiment]
Es wurde ein Experiment durchgeführt, mittels Verwendung einer Probe, in der die Einheitsstrukturen eine sich wiederholende periodische Struktur aufweisen. Als Probe wurde eine Probe verwendet, deren Mikrostruktur als akkurat bestimmt wurde, d.h. mit der eine Kalibrierung durchgeführt wird.
Die Röntgenstreuintensität wurde an der obigen Probe tatsächlich gemessen, wobei die Röntgenstreuintensität für das obige Probenmodell berechnet wurde, und somit die optimalen Werte für die Parameter mittels eines Fits erhalten wurden.
Die
- 100
- Oberflächenmikrostruktur-Messsystem
- 110
- Röntgenstreuungs-Messsystem
- 113
- Monochromator
- 114
und 115 - Kollimationsblock
- 115a
- Probenhalter
- 116
- zweidimensionaler Detektor
- 117
- Strahlstopper
- 118
- Schlitz
- 119
- scharfe Kante
- 120
- Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung
- 121
- Parameterbeschaffungsabschnitt
- 122
- Formelspeicherabschnitt
- 123
- Simulationsabschnitt
- 124
- Fitabschnitt
- 125
- Ausgabeabschnitt
- 140
und 145 - Probe
- 141
und 146 - Probenoberfläche
- 146a
- Linienabschnitte
- 146b
- Raumabschnitt
- 146c
- konvexer Endabschnitt
- 146d
- Basisabschnitt
- 147, 148
und 149 - Probenmodel
- 147a und 148a
- Endabschnitt
147b und 148b- Basisabschnitt
- 149a
- Abdeckschicht
- 149b
- Mikrostruktur
- 100
- Surface Microstructure Measurement System
- 110
- X-ray scattering measurement system
- 113
- monochromator
- 114 and 115
- collimation block
- 115a
- sample holder
- 116
- two-dimensional detector
- 117
- beam stopper
- 118
- slot
- 119
- sharp edge
- 120
- Surface microstructure analyzer
- 121
- parameter acquisition section
- 122
- formula storage section
- 123
- simulation section
- 124
- fit section
- 125
- output section
- 140 and 145
- sample
- 141 and 146
- sample surface
- 146a
- line sections
- 146b
- space section
- 146c
- convex end section
- 146d
- base section
- 147, 148 and 149
- sample model
- 147a and 148a
- end section
- 147b and 148b
- base section
- 149a
- covering layer
- 149b
- microstructure
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